虽然进化时间太过久远,使我们无法正确指出确切的时间,但我们仍能推测,大约在细菌间相互合并,给获得使用氧气和光线的能力之时(或更稍早些),进化赋予了生命另一种动力:自由运动的能力。借着加入较大的新细胞,快速移动的细菌提供了数项能使新细胞自由运动的基本优点。例如,可以避开危险、较容易寻找食物和藏身之处,居住地点较有选择性、有更多的机会可以互相交换基因。
然而,自由运动的能力,只不过是这种合伙关系最明显的好处之一而已。
再仔细瞧瞧
如果有机会在显微镜下观察活的真核细胞,你会被它旺盛的运动景象所震慑。相对于细菌细胞内几乎停滞或只是缓缓漂移的物质活动,真核细胞的内部就像一座忙碌的城巿:细胞质进行着有方向性的流动;而在某些细胞中,线粒体、核糖体及其他小胞器就好像遵循着双向交通信号灯一样,沿着一定的轨迹运动着;还有许多细胞则有韵律地膨胀及收缩。例如,当变色龙的皮肤颜色要变淡时,色素粒子便会从细胞表面被带回内部。
另外,有一种射足虫类(actinopod)原生生物,它们那些从细胞表面所延展出来的可伸缩的长触角,不但是捕捉猎物的工具,也是用来“走路”的高跷。大部分的细胞运动,是借由细胞内部一种被称为“微管”的构造所构成的精细运输系统来进行操作。微管是一种在电子显微镜下直径只有240埃(angstrom)的蛋白质小管,它可和其他蛋白质合作产生运动。这有多小呢?1埃等于一亿分之一厘米,10000埃等于1微米。平均来说,细菌细胞直径大约为1微米。我们肉眼可分辨的大小约为500微米(如一粒细砂)。肉眼难辨的微生物,大小从0.001微米到数百微米都有。DNA双螺旋的横截面长度则约为10埃。
柴郡猫的傻笑
我们相信,有核细胞之所以能运动,得归功于它和一种细菌的共生结合。这是某种有鞭毛、可以快速移动的螺旋菌。然而,这个理论并不像有关线粒体和颗粒体的理论那么受生物学家的欢迎。因为从不曾有任何DNA分子存于相关胞器之内,以提出有说服力的证据,说明真核细胞的移动能力起源于外来细胞的进驻。
没有DNA序列的证据,使得许多科学家一直对于“由微管所构成的细胞突起,其实是源自于细菌”这种说法持保留态度。然而在这个议题中,RNA却可能提供某些线索。也许不必直接靠DNA,RNA便能负起建造与复制细胞“运动器官”的责任。就像我们在前面几个章节中提到的,RNA可以自己进行复制,尤有甚者,它或许是早期DNA的祖先。若我们能证实“螺旋菌的RNA与蛋白质和真核细胞运动构造中的RNA与蛋白质,比其他随机取样的生物体具有更高度的相似性”,那么科学家将很难反对“螺旋菌共生”这个假说了。
当然,在共生作用及其证据之间,仍存在着矛盾的关系:一起生活的共生伙伴,其合作方式越完美和谐,我们就越难测知这种共生方式。牛津大学植物学家史密斯(David Smith)比喻某些共生合并现象所残留下来的“遗迹”像是《爱丽丝梦游仙境》中“柴郡猫”(Cheshire Cat)的微笑一样:这只猫正缓缓地消失,直到只剩下一个诡异的笑。
“生物似乎是逐渐一丝一缕地失去自己,缓慢交融到背景的迷雾中。而它先前存在的事实,只能由一些残迹显露出来。”在此光景下,某些泄露内幕的迹象就变得令人兴奋不已了。
9+2排列
若仔细研究波动足(undulipodia,许多真核细胞具备的鞭状结构),可以发现虽然众多物种都拥有这类构造,但构造本身却展现出惊人的相似度。传统上,如果它的外观较长较稀且像精虫的尾巴,就称这些能弯曲的细毛为鞭毛(flagellum);若是较短较多且像毛发的,就叫作纤毛(cilium)。但基本上它们是没有什么差异的。
几乎所有的藻类、纤毛虫及黏菌(即原生生物,最早进化出来的有核细胞生物),都有这种尾毛。这些生物尾毛的鞭动或波浪状运动,能够推进自由游动的细胞在介质中穿梭;或是使固定位置的细胞,在挥动其尾毛时,能驱使附近的小颗粒经过自己。从雄性蕨类的精子到老鼠鼻管中的绒毛,许多复杂生物的细胞都有这种小器官进行着波浪起伏的运动。
不论装配在哪一种细胞或生物上,波动足(纤毛或鞭毛)的直径大约都是四分之一微米。若从横切面来看,可见到9对小微管组成像传统电话转盘的圆圈,环绕着中央另一对小微管。这种称为“9+2”的排列方式,无论是在公牛、鲸鱼及银杏的精子尾巴,我们及其他哺乳动物体内的肺、气管、输卵管、龙虾触须,以及外表布满纤毛的原生生物草履虫和水黏菌的游动孢子中,都可以看到这种排列形式。事实上,这些只是9+2排列形式普遍存在的一小部分例子而已。此外,波动足都有一种称为原丝基体(kinetosome)的构造,它主要是由排列成圆形的九个三联体微管所组成。所有这类微管管壁都包含着两种有关系的蛋白质,α及β微管蛋白(tubulin)。到目前为止,科学家发现至少有200种以上的蛋白质,包括一种极度复杂的动力蛋白(dynein),构成了9+2结构的其余部分。除此之外,尚有许多非微管蛋白未被分离或命名。但在综合了所有的证据后,进化生物学家可以相信的是,这些原生生物、植物及动物的9+2构造,不可能是各自独立进化出来的。(虽然真菌都没有波动足,但它们也有微管蛋白及微管结构。似乎它们的祖先原来有波动足,但后来失去了。)所以,这结构应该具有共同的起源。
这个共同祖先的候选者应该是以螺旋式前进并可自由移动的像毛发般的螺旋菌——小宇宙中移动最快的细菌。在小世界充满胶状泥巴及黏滞流体的黏稠地区中,螺旋菌通常是唯一可以穿越某些区域的生物。而螺旋菌的法宝,便是运动。有些螺旋菌甚至也有微管,虽然至今仍未发现它们具有以电话转盘方式排列的形式。
对我们而言,有很充分的证据显示,那些变成有核细胞之前的早期细菌联盟,必定和螺旋菌或类似螺旋菌的细菌间有着古老的合作关系:螺旋菌游移于非螺旋菌邻居的内外,最后它们提供这些邻居从未奢求过的足够运动能力。
当然这只是个假说。但是,它有助于提供统一的理论,以解释许多不兼容的资料。当达尔文1859年于《物种起源》中提及他的天择理论时说道:“任何倾向于只注重难以解释的疑点而不重视已存在的诸多事实的那种人,都会反对我的理论。”螺旋菌假说也是如此,也许这假说听起来有些怪异,但它却可以解释许多发生在小宇宙的现象,以及所谓“较高等”生物的减数分裂和性的进化故事。
意外的访客
饥饿,通常是推动新合并共生关系的原动力。我们的原生生物祖先经常处于饥饿状态,有时还为饥荒所苦。新生物组织中的每只细菌共生成员都需要食物,而那些不能移动的生物联盟则只能受所处环境的摆布。在干旱及缺粮的时候,它们唯一能做的只有等待;有些则形成具抵抗力的厚壁孢囊以对抗环境的威胁,如同今天它们大部分都会做的一样。当这群变成孢子的古老单细胞祖先待在原地挨饿时,其他许多可移动的不同细菌则在它们之间窜进窜出,为自己找寻食物。这些鞭毛状细菌,有些会聚在孢囊周围繁衍生长或修整孢囊群的表面,削去过于肥厚的部分并搜集孢囊碎片作为食物。这些误打误撞的螺旋菌,对于接触到的其他细菌而言,有些是会致病的,但仍有许多螺旋菌对其他细菌完全无害。
今天,自然界仍有许多自由自在生活的螺旋菌进行着清道夫的工作;也有许多是和其他生物,例如昆虫、软体动物以及包括人类在内的哺乳类,以共生或寄生的方式相处在一起。它们有些毫无害处地生活在我们的牙床中;还有一些致病的细菌,像梅毒螺旋菌,则可在罹患梅毒的病患血液中发现。
螺旋菌倾向于附着在物体上,不论这物体是死是活。每当一群螺旋菌彼此相邻并游时,通常会有同步摆动的倾向。当清道夫式的螺旋菌在宿主身上进食时(特别是聚集在同一侧时),它们便会在身处的介质中,协力将宿主推往某个方向。
这些由螺旋菌与原生生物所共同进化出来的结合体,能在水中优雅地游动。最明显的好处是它们发现了更多的食物,且繁殖复制的机会更大。
无疑,天择会偏好这种组合,直到这两者合而为一。例如,某种现代的阿米巴原虫在食物充裕时,会缩回鞭毛、对食物狼吞虎咽、以典型的阿米巴原虫的方式进行分裂,并以极缓慢的速度在食物中移动。然而在食物缺乏时,它又会长出原丝基体及波动足,四处游动找寻食物。
点燃共生之火
20亿年前,螺旋菌联盟的来临必定改变了小宇宙,就像蒸汽擎的发明改变了人类文明一样。那些可到处移动的新生真核生物,必然因为突然提升了细菌之间的交通往来及沟通管道,而对微生物世界产生重大的变革。显然细胞之间的联系及遗传信息的流通速度加快了许多。如同蒸汽引擎加速了工业生产循环(包括了更多蒸汽引擎的制造),细菌与螺旋菌的合伙关系可能启动了一项爆炸性的发展,大大增加了共生生物形式的数目及种类。
与共生性螺旋菌之间良好合作关系的发展,可能造成了微生物物种大量增加。今天,世界上大约有8000种不同的单细胞原生生物——纤毛虫。每种纤毛虫是以它身体表面纤毛的数目及形式特征来分类的。事实上,有些微生物表面上的纤毛形式并不需要靠细胞核内的基因来遗传。如果利用某种显微手术割下微生物表皮某块区域,再上下颠倒放回去,那么这个上下颠倒的纤毛排列形式在细胞分裂后,会直接遗传给子代。
今日的螺旋菌仍然为“运动”的目的而欣然参与共生作用。例如,在某种澳洲白蚁的后肠住着一种原生生物,一种身上布满了纤毛的窥肠虫(Mixotricha paradoxa)。然而,窥肠虫只有前端的四根纤毛才是真正的9+2形式的鞭毛。但这四根纤毛却对这种生物的移动毫无作用;而其他的“纤毛”事实上是50万只附在身体表面的螺旋菌,它们一同进食及摆动。那四根小鞭毛的功能则像舵一样,指挥着这种原生生物的运动方向。
白蚁体内也充满了共生的微生物。如果没有它们,这种以吃木头维生的昆虫就会因为无法消化纤维素而饿死。然而,白蚁生命泉源(即细菌)的取得并不是来自自己的基因。它们利用特殊的进食习惯,自别的白蚁肛门分泌液中获得。螺旋菌不论是独自一只或是群体行动,彼此都会在白蚁肿大的后肠道里推动食物颗粒前进。螺旋菌也因此忘情自在地生活于白蚁体内,不但享受着丰盛的食物,更可免于暴露在氧气中。
看得到,摸不着
细胞如何将螺旋菌的微管放在细胞壁内,并借此建立能进行有组织有规律运动的高明装置,一直是自然界中最难以明了的谜题之一,目前已经有大量的讨论,谈到细胞内部的许多微管系统构造;而且有很好的理由可以相信,微管与细胞分泌、细胞分裂及神经细胞的形成有关。因此,微管可能与癌症及脑的发育有关联。
数千位钻研神经、脑、精子及原生生物细胞微管的研究人员,除了着手研究分离微管组成的蛋白之外,也从不曾停下来追问微管在进化上的意义及来源。如果被问到微管的螺旋菌起源,他们也许会像英格兰南安普敦的生物学教授史莱(Michael Sleigh)所回答的:“微管系统的发展,可能是为了支撑细胞的突起物,或者驱使细胞内部循环……这样的起源,似乎比来自螺旋菌的共生作用更有可能。”但是,这种说法却忽视了“进化是不会预先计划”的基本原则。细胞需要微管及鞭毛,并不代表细胞本身有能力预期且进化出它们。饥饿会让共生成员感到局促不安,使得附着在细胞上的螺旋菌为了自己的利益而变成细胞的推进系统。这一切都不是事先计划的。刚开始,螺旋菌会遵循着相同的古老路线,先是恶意攻击,然后妥协,最后演变成胜利者与失败者的共存合伙关系。在它们疯狂寻找食物的过程中,螺旋菌并不会侵犯原来的受害者,反倒是提供让细菌能够快速运动的好处。然而,关于“所有真核细胞的微管系统,是某种螺旋菌的遗骸”以及“细胞内许多精细复杂的功能,同为螺旋菌行为的遗痕”这种说法,至今仍是看得见摸不着、亟待证明的假说。
染色体之舞
微管最为隐晦难解的功能,可能就是有“复杂的染色体之舞”之称的有丝分裂。这是所有动物细胞(包括我们的细胞)分裂的方式。它采取着比任何芭蕾舞都还要繁复的舞步,把一个细胞变成两个。
必须先指出的是,所有动物细胞最大的特征,是在它南北两极各有一对与细胞分裂有关的小颗粒,称为中心粒(centriole)。在这两对小颗粒之间,则由一束纺锤状的神秘纤维相连着。若再把镜头拉近,可以发现这些纤维正是成千上万的微管构造。
首先,细胞要进行分裂之前,每条染色体会先复制成两条染色分体(chromatid)。在每对染色分体的着丝点(centromere)两旁,各有一种称为“中央节”(kinetochore)的碟状蛋白质构造,将染色体固定到两极之间的纤维束上面。接着,着丝点旁的两个中央节会分别向细胞两极移动,使两条染色分体各自向相反的方向分开。最后,互相分离的每一套染色体外围,开始形成核膜。至此,细胞一分为二,完成有丝分裂。
这个奇异又庄严的染色体之舞,能将遗传物质做精确的复制及分裂,并一代代地传递给后代子孙。就“真核生物DNA之数量为细菌的几千倍以上”而言,这部创作实在堪称是一项了不起的壮举。如同我们前面曾提过的,若将我们身上所有细胞的DNA以头尾相连的方式延伸开来,可以在地球及月球表面之间连接十几万次。因此,DNA实在有必要精巧地折叠包装成染色体形式(特别是它得在细胞分裂之际移动)。当我们想象这个过程如何进行的同时,它也可以提醒我们,天择的压力是冷酷无情的:那些分裂后缺乏基因的细胞,以及不具备完整基因体的细胞,都会死亡。
如果你以一个螺旋舞蹈编舞者的角度来看,有丝分裂舞蹈的内在复杂性,就变得容易了解多了。下面是一些线索:细胞的纺锤体(spindle)由微管所构成,它与所有细胞纤毛或鞭毛的成分相同。而细胞两极的中心粒,同样是由九个三联体微管以圆形方式排列,构成类似电话转盘的构造。中心粒的确和原丝基体非常相似,唯一的差别是中心粒没有纤毛或鞭毛结构。然而,在某些生物细胞中,中心粒可以在细胞分裂完成后,随即长出波动足,转变为原丝基体。
大家来猜谜
从螺旋菌在细胞中各项功能运作的时间性可以得到一些线索,来窥探螺旋菌在进化过程中所扮演的各种角色。例如,在植物及动物细胞中,波动足与有丝分裂是互相容不下对方的,它们从未同时出现在同一个细胞中。真菌细胞则似乎已经为了有丝分裂而永远放弃了波动足。但是对某些原生生物而言,它们在分裂之前得先将波动足抽回细胞中。没有任何一种哺乳类的细胞可以在它有丝分裂时仍保有波动足。似乎,细胞只能利用它古老的螺旋状共生伙伴,不是做这事就是做那事,却绝不能同时做两件事。
科学家就像漫画书中的人物一样,不断想窥探戴着面具的超级英雄背后的真面目。他们注意到波动足和中心粒这两种微管构造,从未同时出现过;但是他们也还没能证明这两种微管构造就是同一种东西。我们虽然无法证明有丝分裂的纺锤体、中心粒和摆动的细胞鞭毛,同为螺旋菌的遗迹,但是仍有数据显示它们进化自单一的生物演化而来。
不幸的是,科学家无法在细胞质中观察到螺旋菌扭动的身体,以及它们身为胞器正在进行分裂(如叶绿体、线粒体)的样子。科学家只能在电子显微镜下看到微管、中心粒、原丝基体和放射状触足的前身:微管组织中心(microtubule organizing center)。许多生物学家都会自问,细胞为什么要那么麻烦,制造精巧的“电话转盘”?因此,他们将中心粒称为生物学的中心谜题。如果共生螺旋菌的理论是对的,所有9+2构造都是进化的遗骸,那么微管组织中心就应该真的是曾经生活在宿主细胞体内的螺旋菌遗留物。
当早先的微生物族群演变成真核生物的初期,它们从先前的螺旋菌入侵者那里得到某些DNA。它们的DNA可能只是用来产生更多能推动微生物运动的螺旋菌后代。但是当这群遭到入侵的细菌群落转变成新细胞之后,它们便采用了螺旋菌的基因,来协调细菌群落繁杂的遗传物质分裂。当细胞内部表现这类基因用来运送遗传物质时,便造成了细胞外部失去波动足及移动能力的结果。
真是两难
今天,所有的真菌、红藻和许多阿米巴原虫、绿藻及许多真核生物,它们所保存的是有丝分裂,而非波动足。这些生命显示,它们在复制过程中,非常需要拥有精密的染色体内部运送系统,但又面临这套内部运送系统和外部波动足无法两者兼得的问题。这些生物从未解决同时保有移动染色体的内部装置和细胞外部波动足的矛盾(因为它们都是以微管为基础)。或许由于复制过程中的染色体的移动较为重要,所以它们便失去了波动足。
如何能保留有丝分裂,却又不牺牲细胞的运动能力,实在是一个两难的问题。
事实上,在众多生命形式的发展过程中,它们会尝试一连串的试验来解决问题。如今,我们可以看到许多成功的例子。例如,某些生物虽仍保留着有丝分裂和利用波动足运动的能力,但却分别在生命历程的不同阶段展现。而纤毛虫则是采取异于有丝分裂的细胞分裂方法,以保有数以百计的细胞纤毛。某些植物,只有发育时期的精子细胞才有鞭毛。精子的尾巴是一种运动鞭毛,所以这些细胞再也不能进行有丝分裂,它们注定要使那些可以分裂、但没有鞭毛的卵细胞受精。
也许有上千个关于这类主题的变奏,曾经出现又消逝。但这也正是自然界对问题的解决之道。它是如此完美,以致没有留下任何可以进一步改变的空间。今天,能够在同一个细胞中保持运动能力及有丝分裂能力的生物,大部分仍只是单细胞生物。
共生联盟的捣蛋鬼
能保持最开放的选择空间,便能通往成功。若某个生物抉择了一个长了波动足的细胞,并保留另一个能持续分裂的细胞附着其上,于是这根波动足便可以同时推动这两个细胞。
“开放抉择”的革命,将生物结构的复杂性推到了新高度。从此进化出来的生物都具有生殖细胞(germ cell)和体细胞(somatic cell)的分别。生殖细胞的唯一目的是复制,而数以万计的体细胞则高度分化成无数种执行特殊功能的组织。这就是我们身体的基本设计。虽然我们全身上下的每个细胞都同样含有一套完整的基因拷贝,但我们的生殖细胞(精子及卵子),才是唯一可以繁衍后代的细胞。
我们身体的各项功能,得随时在基因的极权统治下运作。例如,当一个细胞一旦分化成肌肉细胞,它便永远不再改变。
这个“角色恒定”规则的唯一例外,就是癌症。此时的癌细胞似乎回归到较原始的持续复制状态,而不顾及它们原本在身体中该待的位置或该执行的功能。癌细胞的染色体可能发生不正常的断裂,它的线粒体则甚至复制得比细胞本身还快。
通常,细胞让自己长出波动足的同时,也意味着它在生命之路上的终点:它已不能再分裂生长了。然而,癌细胞就像是违背了所有规则的权威性,有些癌细胞在有丝分裂之前缩回波动足,但却在组织培养过程中长了出来。它们就像细胞共生联盟当中的捣蛋鬼,不断制造细胞成员的分离状态。这些癌细胞偏离了自己应守的本分,一再维护自我的独立作风,重回古老的过去。
目前,虽然这些原因尚未十分明了,但“癌症似乎是一种退化倾向”的可能性,要比“是一种疾病”来得高些。借由体内复杂的生化反应,基因才得以适切的控制,细胞才能正常分化。当这些生化物质被香烟、硝酸钠及各种致癌物质“稀释”后,它们就无法执行该负的任务。癌细胞的行为就像老师不在教室时的小孩一样:它们撒野胡闹、离开自己应该坐的“座位”,以一种任性、没有节制的方式到处游玩及复制。
你的脑袋里装了什么?
有许多现象很容易让我们忽略,共生作用其实仍在生物圈持续进行着。一如我们所见,螺旋菌仍试图要利用它们的合伙人及受害者以谋生计;共生螺旋菌的行为像波动足,而细胞的波动足看起来也像是独立的生物;脱离精子细胞的鞭毛(即精子尾巴),可在离开细胞主体后,仍存活数分钟到数小时之久。另一方面,健康的螺旋菌能穿过原生生物的细胞壁,进入内部组织,并持续优游其中;有时候螺旋菌会为了执行令人难解的任务,而在原生生物体内复制。
但是,它们真正的目的为何,并不清楚;除非它们是在展示给人类观察者知道:历史是如何重演的。
或者我们该说历史又旋转着,回到了它自身身上了。
在真正进入这个话题之前,我们必须对神经细胞的构造先有简单的认识。神经系统的基本单位是一种特化的细胞,称为神经元(neuron),它的主要功能是传导神经冲动。神经元可分为细胞核所在的细胞体和外围突起这两个部分。突起又分为两种,其中的树突(dendrite)专司接受刺激并传入细胞体;而将信息自细胞体传到下一个神经元、肌细胞,甚至腺体细胞者,则称为轴突(axon)。
显微镜下观察到的眼球视网膜组织所呈现的锥状细胞(cone cell)及杆状细胞(rod cell),是一群特化的感光神经细胞。当它们接受到光线的刺激时,细胞的树突和轴突便产生神经冲动,并释放某种化学物质,将此信息传递到大脑的接受区。若对锥状及杆状细胞做横切面的解剖,可观察到9+2的微管排列形式。然而,大脑细胞其轴突和树突的微管排列,则呈现着另一种截然不同的排列方式。虽然构成大脑神经细胞的微管仍包含了所有的微管蛋白质,但它们却不是以9+2的形式排列。眼睛受到光线刺激启动了某种东西,将波动穿透突触(synapse,两个神经细胞相接处)传给脑细胞的树突。随“波”而来产生了一种疑问:“小宇宙当中的螺旋菌运动系统,是进化成这些大型生物体神经系统的基础吗?”
用来证明螺旋菌在脑细胞内的身份地位,除了螺旋菌所富含的微管(神经微管)证据之外,其他证据也逐渐增多了。α及β微管蛋白是大脑中最丰富的可溶性蛋白。白蚁体内螺旋菌的两三种蛋白质和脑细胞(及所有波动足)内的微管蛋白,在免疫学分析上有众多相似之处。不过,脑细胞在成熟之后便不会再分裂,也不会移动。而且,我们也晓得微管蛋白最丰富的哺乳类脑细胞,并不会浪费它们富含微管的先天特质。
事实上,一个蓄势待发的成熟脑细胞,它的唯一功能就是用来传导及接受信息。但这种曾经用在细胞移动及染色体运动的微管,现在已被篡改为思考的工具。
爱因斯坦的思考流程
爱因斯坦在一封写给阿达玛(Jacques Hadamard)的信中,解释了他的思考流程。他认为自己在探索物理世界时所使用的工具,是一种非语言符号,它们是由某些“再生性组件”(reproducible element)所组成的精简语言。为了解释他如何达成那些伟大的发现,爱因斯坦说道:“用于日常说写的语词文字,在我的思考机制中并未扮演任何角色。构成我思想实体的心灵组件,是某些特定符号和几份清楚的影像,它们会无条件地再生并互相结合。”爱因斯坦接着更宣称:“对我而言,这些再生组件的组合与‘了解’本身,并没有本质上的差别。”
如果螺旋菌真的是脑细胞及神经元的祖先,那我们思想中的“概念”与“信号”,就应该是一种早已潜藏在细菌体内的物理化学性质。这么说来,爱因斯坦脑中的“再生性组件”,早就在30亿年前的早期地球环境,以另一种形式存在了。
爱因斯坦相信,他的思考流程是一种“基于上述组件的、莫名所以的运作”。他从心理学的观点做了结论:“在任何用来与其他人沟通的文字或符号之逻辑架构发生链接以前,大脑这种复合式运作的展现,似乎是丰富思考力的基本必要条件。”无独有偶,才华洋溢的数学家冯·诺伊曼(John von Neumann)则把主管人类认知的神经细胞脉冲,与计算机的运作方式做了个对照:每个神经细胞只能对其邻近的细胞产生影响,且速度缓慢又不精确;因此,冯·诺伊曼推测,神经细胞采取着以量取胜、同步进行的策略(即平行处理),以弥补它们迟滞的行动。这与现今计算机序列相连的计算方式(即一个算完才接下一个)有很大的不同。
此外,冯·诺伊曼怀疑用来作为数字计算机基础的基本四则运算:加、减、乘、除,并非是神经系统所真正采用的数学运算。就像希腊文和梵文的确在历史上存在过,但在逻辑上却非绝对必须存在一样,冯·诺伊曼相信逻辑和数学也只是人类在意念的表达上一种历史性的但非必然的形式。他在所写的最后一本书《计算机与大脑》(The Computer and the Brain)结尾处写道:“若我们将中枢神经系统的逻辑和数学运作看成是一种语言,它的本质必然和我们日常生活所惯用的语言结构有差异。”
神经系统真正的语言会是螺旋菌的遗泽吗?是由那些能自行催化反应的RNA、微管蛋白质、荷尔蒙、神经激素、细胞,以及它们制造的废物所组成的人体复杂网络吗?而个体思想的本身,会是超越个体的一种集合现象吗?
细菌先知
再一次,有关小宇宙的研究使我们了解到,人类的能力应该是直接演变自其他现象。自然界必然有其特定的智慧。相对生物圈而言,我们不过是沧海一粟,人类的能力始终显得贫乏而无能。但是,我们却未曾断绝于地球上的进化路径,也不曾脱离这星球上的所有物质、信息及能量循环。人类坚持自己是“较高等”的想法,更无法孤立并排除那些史前生命曾达成的成就。
事实上,所有我们引以为傲的发明,早都已经被这个星球上的其他伙伴预料到了。思想,当然也不例外。如果细菌“冷光”(生物荧光)能领先电灯的发明20亿年;原生生物纹藻早在罗马帆船划过地中海之前,便用它的“微管桨”先游过相同的海域;而马儿漫步于平原、鲸鱼称雄于海洋、鸟儿翱翔于天空,都早在汽车、潜水艇和飞机之前便出现;那么,“细菌共生联盟所创造的生物圈信息通路,应该和量子力学及相对论同等重要”的这种想法,会很牵强吗?
在“人类凌驾于细菌之上”的想法中,表示我们虽由细菌所组成,但是由于我们有思想,因此力量似乎超越其总和。然而,却也有另一种相反的看法相信,我们是在它们之下的。身为以细菌世界为本质的广大生物圈中的小小一员,我们(以及所有其他的生命形式)必然意味着某种共生大脑的存在,但这样的脑却远超出我们所能理解的范围,及其真正代表的意义之外。
人类的超越
人类历史的大跃进,就如同细菌摇身一变而成为脑细胞般令人惊讶。我们运用生物学知识所发展出来的各种技术,使我们突破了从前所认为的生物极限。例如,早期人类只能以自己的身体作为长距离的沟通工具——跑步、喊叫、鸣金击鼓;而今我们却已经能利用马、汽车、无线电波、电力、空气动力学,甚至以接近光速的速度经由卫星传递我们的信息。
当不断革新的技术逐渐扩展我们能力所及的范围时,我们愈来愈不需要移动身体便可以接收或发送信息、货物,甚至促进文明的发展。例如,以前我们为了传送信息,必须远离家门;现在,我们不仅可以在家中打电话、煮饭、磨咖啡豆、应门、启动防盗铃、关灯,更可以借由电视环游世界,也就是说可以享受家居生活或经营公共社交,而不需踏离家门一步。以前,绘制地图的人员得实际逐步踏勘每一寸土地;而现在,技术员只要坐在屏幕前移动键盘上的手指,便可以自卫星影像得到整个大陆的全貌。
从前,微小的螺旋菌得为了生活而拼命四处游走。数百万年后,它们遗留下来的核苷酸、蛋白质组成了一种叫作“脑”的器官,操纵着一群由细菌联合进化、名为“人类”的高度复杂生物体。或许,人类群聚所产生的小区、都巿结构以及日新月异的电磁通信联机,已经开始形成一张错综复杂的网络;而这个网络系统可能已远超出这些螺旋菌原始协调的步调。我们若想明白这种群体组织形式的完整面貌,就会像是脑细胞的个别配件(我们所推测的螺旋菌遗骸微管)想了解本身在人类“意识”当中所担负的任务一样,机会是微乎其微。
螺旋菌抢在前
虽然螺旋菌假说尚未证实,但它却给了我们很大的启示,有某种古老的共生作用,可能早在叶绿体和线粒体进驻宿主细胞之前,便已经存在。由一些现存生物的证据可以推定,螺旋菌共生作用的时期,应该比呼吸氧气的细菌入侵细胞、携手合作形成“有核细胞”的年代还要早。
举例来说,现今有某些原生生物,例如发节虫属(Trichonympha),就是在螺旋菌侵入宿主细胞之后、但在呼吸细菌进驻细胞之前的产物。因为,发节虫能够进行有丝分裂,使得我们相信它们拥有整套螺旋菌的运动系统;但是它们却缺少线粒体。显然在那群利用氧气的细菌大行其道、开始在细胞核周围发展一层层膜状构造以前,厌氧的螺旋菌早就已经在我们的始祖细胞内繁衍滋长了。它们以近乎完美的复制分配系统,影响着染色体的活动。长久以来,它们维持着产生波动足的能力,借以保留“可以快速游动”的选择权——这个选择权每每在精子为了寻找卵子而疯狂冲锋陷阵时,展现得淋漓尽致。